Bioactive Materials综述：光固化生物3D打印的参数优化
研究概述
由于基于投影的生物 3D 打印 （PBP） 可以提供高分辨率，因此非常适合打印用于组织再生的精细结构。然而，光固化生物墨水的低交联密度和低光交联率使其难以打印精细结构。目前，缺乏深入了解。浙江大学的贺永教授及其团队在《Bioactive Matericals》上发表的《Printability during projection-based 3D bioprinting》（IF：18.0）建立了一个研究框架，用于分析 PBP 期间的可打印性。以基于甲基丙烯酰明胶 （GelMA） 的生物墨水为例，系统地研究了其可打印性。他们分析了 PBP 过程中的光交联反应，并总结了生物墨水对 PBP 的具体要求。建立了两个标准量化模型来评估 2D 和 3D 打印误差。最后，提出了生物打印 5 种典型结构的更好策略，包括实体器官、血管结构、神经导管、薄壁支架和微针。
名词解释：
光交联反应（photo-crosslinking reaction）：在光的作用下，生物墨水中的单体分子通过自由基或阳离子等活性中间体发生聚合反应，形成三维网络结构，从而使生物墨水从液态转变为固态。
主要内容
PBP 技术的优势和应用
PBP 技术具有高分辨率、快速打印等优势，适合打印精细结构，例如组织工程中的器官、血管、神经导管等。
PBP 技术可用于组织修复、疾病模型建立、药物筛选、临床治疗等应用。
PBP 的制造机制
影响打印精度的因素
生物墨水: 理想的生物墨水应具备高光交联速率、高交联密度和高流动性。
光交联反应: 光交联反应的速率和密度受光照强度、曝光时间和生物墨水组成（GelMA 浓度、光吸收剂浓度）的影响。
光交联反应的示意图（图2）
打印参数: 打印参数，例如光照强度、曝光时间、打印速度等，会影响打印精度。
打印精度分析
光散射: 光散射会导致曝光区域外的生物墨水发生交联，从而影响打印分辨率。
过固化: 过固化会导致打印结构变形和表面粗糙。
打印误差模型:
2D 打印误差: 使用“辐条结构”模型评估，受光照强度、GelMA 浓度和光吸收剂浓度的影响。
3D 打印误差: 使用“螺旋楼梯”模型评估，受光照强度、曝光时间、GelMA 浓度和光吸收剂浓度的影响。
打印策略
实体结构: 使用低光强、短曝光时间和低单体浓度的生物墨水。
血管结构: 使用高光吸收剂浓度、高光强和短曝光时间的生物墨水。
导管结构: 使用低光强、大层厚、高 GelMA 浓度和低光吸收剂浓度的生物墨水。
薄壁结构: 使用高曝光剂量和高 GelMA 浓度的生物墨水。
微柱结构: 使用低光吸收剂浓度、高 GelMA 浓度和低光强或长曝光时间的生物墨水。
总结
PBP 技术具有巨大的应用潜力，可用于定制化组织工程支架的制造。
通过优化生物墨水和打印参数，可以提高 PBP 技术的打印精度和成功率。
未来需要进一步研究光交联反应动力学、生物墨水特性优化和打印设备精度提升等问题。
这篇论文为 PBP 技术在组织工程中的应用提供了重要的理论和实践指导，有助于推动 PBP 技术的进一步发展。
文献原文:10.1016/j.bioactmat.2021.09.021
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8668440/
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